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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strommessung mit Oszi


Autor: Alram L. (alram)
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Hallo,

Ich brauch mal wieder eure Hilfe: Hab da eine Schaltung (Fernbedienung), 
welche ich an einer CR2032 Knopfzelle betreiben will. Um herauszufinden, 
wie oft man eine Taste betätigen kann, bevor die Batterie leer ist, hab 
ich eine Messung mit dem Oszi durchgeführt. Das Ergebnis ist im Anhang 
zu sehen.
Die Fläche sollte doch dem verbrauchten Strom entsprechen. d. h. der 
Messwert 'Area' zeigt V*Sekunde an. Sieht doch genau aus wonach ich 
suche, oder?
Als Shunt habe ich einen 100Ohm Widerstand verwendet. Als Ladung für 
einen CR2032 sollte man etwa 210mAh annehmen.
Mit diesen Infos sollte man doch einen Richtwert ausrechnen können? Kann 
mir jemand dabei helfen? Mit meiner Berechnung komme ich auf rd. 450 
Betätigungen, bin mir aber bei weitem nicht sicher, ob diese korrekt 
ist...kann mir das einer vorrechnen, wie das zu berechnen ist?
Danke im Voraus!
vG Alram

: Verschoben durch Moderator
Autor: Joe F. (easylife)
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I = U / R
P = U x I

Autor: Joe F. (easylife)
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13 mVs sind also 130 uAs in deinem Fall.
Jetzt must du noch 210mAh in uAs umrechnen, und dann kommst du drauf.
Wenn mehr als 1 Mio. rauskommt, ist es nicht falsch.

: Bearbeitet durch User
Autor: Mani W. (e-doc)
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Alram L. schrieb:
> Als Shunt habe ich einen 100Ohm Widerstand verwendet. Als Ladung für
> einen CR2032 sollte man etwa 210mAh annehmen.

An Deiner Stelle würde ich eher 10 Ohm nehmen, damit auch ordentlich
Strom fließen kann und die Betriebsspannung nicht zusammen bricht...

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Ich habe nochmal in die Anleitung geschaut:
> Die gemessene Fläche oberhalb der Null–Referenz-Linie (der vertikale
> Offset) ist positiv und die gemessene Fläche unterhalb der Null-
> Referenz-Linie ist negativ.

Das sollte also passen.

13mVs über 100R sind 0,13mAs pro Betätigung.

210mAh sind 756000mAs

Da komme ich auf 5 815 384, also knapp 6Mio. Betätigungen.

Hast Du den Tastkopf und den Kanal gleich eingestellt,
also z.B. beide auf 1-zu-10?

Autor: Mani W. (e-doc)
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Alram L. schrieb:
> Um herauszufinden,
> wie oft man eine Taste betätigen kann, bevor die Batterie leer ist, hab
> ich eine Messung mit dem Oszi durchgeführt. Das Ergebnis ist im Anhang
> zu sehen.

Und was sagt das dann aus?


Wie willst Du das Sinnlose berechnen, wenn Du den Ausgangszustand
der Batterie nicht kennst?

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Mani W. schrieb:
> An Deiner Stelle würde ich eher 10 Ohm nehmen …
> … und die Betriebsspannung nicht zusammen bricht…

Die Betriebsspannung bricht laut Screenshot um rund ca. 40mV ein.

Andererseits wird bei 10Ω die Auflösung schlechter, wenn man schon im 
kleinsten Messbereich ist. Die Messung wird also ungenauer.

Aktuell steht da: Bewertung = +1 (lesenswert).
Sind 10Ω denn wirklich sinnvoll? ?!

Autor: Joe F. (easylife)
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Bei 3v könnten über 100R 30mA fliessen. In dem Fall also kein Problem. 
Der Verlust im Widerstand geht natürlich in die Messung mit ein. Aber 6 
oder 7 Mio. ist dann auch egal. Sind ja keine €

Autor: Alram L. (alram)
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Danke für eure Rückmeldungen.

Torsten C. schrieb:
> 13mVs über 100R sind 0,13mAs pro Betätigung.
>
> 210mAh sind 756000mAs
>
> Da komme ich auf 5 815 384, also knapp 6Mio. Betätigungen.
> Hast Du den Tastkopf und den Kanal gleich eingestellt,
> also z.B. beide auf 1-zu-10?

die Berechnung klingt plausibel. Ich bin mir auch ziemlich sicher, dass 
das Tastverhältnis mit 1:1 korrekt eingestellt war (werd ich heute abend 
noch mal prüfen).

aber knappe 6 Mio Betätigungen kommen mir einfach zu viel vor. Bei der 
Schaltung handelt es sich um einen atmega32 und RFM69. bei einem 
tastendruck werden rund 30 bytes versendet (bps hab ich grad nicht im 
Kopf). kann es wirklich sein, dass diese Kombination so oft mit einer 
CR2032 ausgelöst werden kann? die RFM Sendeleistung war allerdings auf 
Minimum. aber auch mit maximaler Sendeleistung komme ich auf gerade mal 
35 mVs. das wären ja noch immer >2 Mio Betätigungen.

die 100 Ohm habe ich uA. deswegen gewählt, um den Innenwiderstand einer 
CR2032 zu simulieren - sollten ja durchaus 60 Ohm sein. und 100 war die 
nächste höhere verfügbare Grösse für's steckbrett.

vG Alram

Autor: Joe F. (easylife)
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Alram L. schrieb:
> Bei der
> Schaltung handelt es sich um einen atmega32 und RFM69.

Achso. Das verändert die Sichtweise allerdings spät aber entscheidend.

Alram L. schrieb:
> aber auch mit maximaler Sendeleistung komme ich auf gerade mal
> 35 mVs.

Bei max. Sendeleistung möchte das Funkmodul bis zu 45mA ziehen.
Bei 45mA würden über den 100 Ohm Widerstand 4.5V abfallen.
Das geht also schon mal gar nicht, auch nicht mit den angenommenen 60 
Ohm der Batterie. Die Spannung bricht sofort zusammen, das Modul und 
vermutlich auch der uC funktionieren gar nicht mehr, und die Messung ist 
kompletter Unsinn.

Für ganz kurze Zeit könnte man einen erhöhten Strombedarf mit 
Kondensatoren puffern, man muss aber den Leckstrom im Auge behalten, 
Elkos scheiden also schon mal aus.

Mach deine Messung mal am Labornetzteil mit einem 2,2 oder 1 Ohm 
Widerstand.

Beobachte mit einem 2. Kanal des Oszis auch parallel die 
Versorgungsspannung deiner Schaltung. Da müsste der fatale 
Spannungseinbruch ja zu sehen sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: Alram L. (alram)
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Joe F. schrieb:
> Bei max. Sendeleistung möchte das Funkmodul bis zu 45mA ziehen.
> Bei 45mA würden über den 100 Ohm Widerstand 4.5V abfallen.
> Das geht also schon mal gar nicht, auch nicht mit den angenommenen 60
> Ohm der Batterie. Die Spannung bricht sofort zusammen, das Modul und
> vermutlich auch der uC funktionieren gar nicht mehr, und die Messung ist
> kompletter Unsinn.

Das hab ich natürlich schon bemerkt. Daher ist in der Schaltung ein 
Pufferkondensator mit 220µF drinn. Ohne dem funktioniert natürlich 
nichts. Der Leckstrom ist (zumindest unter den Bedingungen, welche am 
Steckbrett vorhanden sind) zu vernachlässigen. Im sleep des µC, RFM69 
und mit Pufferelko bin ich aktuell bei grad mal 1µA.

Die oben dargestellte Messung beinhaltet ein erfolgreiches Versenden des 
Funksignals (wurde ja auf der Gegenseite empfangen) und KEINEN Reset des 
µC. Also soweit sollte die Messung keinen Unsinn darstellen.

Auch wurde die Messung nicht mit einer CR2032 sondern an meinem 
'Labornetzteil' gemacht, welches aus einem 9V Steckernetzteil + AMS1117 
besteht (sollte für diese Zwecke doch ausreichend sein).

Aktuell bin ich im Zweifel, ob die gemessene Energiemenge plausibel zur 
eingesetzten Hardware ist. (wie oben angedeutet glaube ich nicht, dass 
eine CR2032 genug Energie für mehrere millionen Auslösungen hat)

vG Alram

Autor: Joe F. (easylife)
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Alram L. schrieb:
> Aktuell bin ich im Zweifel, ob die gemessene Energiemenge plausibel zur
> eingesetzten Hardware ist.

Ich auch, denn ich kann mir deine Messkurve nicht erklären.
Kannst du mal aufzeichnen, wie dein Setup aussieht? Wo sitzt der Shunt, 
wo der 220uF, wo hast du die Spannung gemessen?
Ein 220uF kann die 45mA vielleicht für 6ms puffern, dann ist die 
Spannung von 3V auf 2V abgesackt. Dein Oszi-Bild legt aber nahe, dass 
für über 480ms gesendet wird (wären dann ca. 600 baud). Und das geht 
eben mit leerem Kondensator und 100 Ohm Shunt nicht mit 45mA.

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Autor: Alram L. (alram)
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Hi Joe F,

Anbei ein Screenshot (fb2.png) bei welchem der 2. Kanal des Oszi an der 
Versorgungsspannung (nach dem Shunt) hängt. Ein leichter 
Spannungseinbruch ist da schon zu sehen.
Jetzt habe ich auch noch einmal kontrolliert, dass die Einstellungen 
Tastköpfe dem entspricht, was im Oszi eingestellt ist (1:1).

Zur Messkurve kann ich noch ergänzen - das klärt vielleicht ein wenig 
auf:
- Baudrate ist 50.000 bps; gesendet werden 11 Bytes (doch etwas weniger, 
als ursprünglich geschrieben)
- der µC legt seine Daten im Fifo des RFM69 ab und geht dann sofort in 
den sleep mode; aus diesem wacht er aber noch ein paar mal auf, daher 
auch etwas später noch ein wenig Stromverbrauch durch den µC.
- der RFM sendet nicht mit voller Leistung, sondern mit Minimum (k. A. 
was das beim RFM ist);

Mit Maximalsendeleistung des RMF69 sieht das Ganze dann so wie in 
fb3_max_power.png aus. Also auch 'nur' 33mVs.

Wenn du glaubst, noch immer ein Schaltbild zu benötigen, mach ich dir 
noch eines. Aber es eigentlich recht einfach: Bei der funktionierenden 
Schaltung GND von der Spannungsversorgung abgeklemmt; Diese Lücke mit 
den Shunt geschlossen. GND der Spannungsversorgung ist GND vom Oszi. CH1 
hängt auf der anderen Seite vom Shunt; CH2 nun auf + der 
Spannungsversorgung. Der Pufferkondensator ist natürlich auf der 
Schaltungsseite installiert.

vG Alram

Autor: Joe F. (easylife)
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Alram L. schrieb:
> Baudrate ist 50.000 bps; gesendet werden 11 Bytes (doch etwas weniger,
> als ursprünglich geschrieben)

Okay, dann macht es Sinn. Die 11 Bytes sind in 2ms raus. Und das kann 
der Kondensator auch Puffern. Danach wird er wieder aufgeladen.

Der Spannungseinbruch auf 2.5V bei max. Sendeleistung ist natürlich 
grenzwertig, und funktioniert nur mit ganz neuer Batterie.
Wenn du diese Sendeleistung brauchst: Kondensator vergrößern, und auch 
mit 2.5V aus dem Labornetzteil testen.

Alram L. schrieb:
> Wenn du glaubst, noch immer ein Schaltbild zu benötigen, mach ich dir
> noch eines.

Nein. In diesem Fall reicht deine textliche Beschreibung ;-)
Ich konnte mir halt auf die Kurve keinen Reim machen, da ich davon 
ausging, dass der Kondensator leer sein muss, bevor der Sender 
abgeschaltet ist.
Und dann würde der Stromverbrauch genau anders herum aussehen: zunächst 
relativ moderat, und dann ansteigend, da die Batterie die volle Leistung 
liefern muss.

Durch deine hohe Baudrate und die dadurch resultierende kurze 
Betriebszeit des Senders sparst du viel Energie.
Alles richtig gemacht, freue dich auf eine lange Lebenszeit der 
Batterie.

Die Frage wäre noch: was passiert in den 500ms nach dem Senden? Da ist 
ein Stromverbrauch zu sehen, den man evtl. auch noch wegoptimieren 
könnte.

Autor: Alram L. (alram)
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Joe F. schrieb:
> Die Frage wäre noch: was passiert in den 500ms nach dem Senden? Da ist
> ein Stromverbrauch zu sehen, den man evtl. auch noch wegoptimieren
> könnte.

naja - da gibts tatsächlich noch Optimierungspotential. Der wartet der 
µC nur mehr darauf, dass der Taster losgelassen wird wieder entprellt. 
Das wollte ich ursprünglich mit dem Watchdog realisieren (weniger 
Stromverbrauch) habs bisher aber nur mit Timer 2 geschafft. Aber so wie 
es scheint, ist es nicht sonderlich dringend - so schnell wird die 
Batterie schon nicht leer werden. Danke!

vG Alram

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